某型機(jī)車單元制動器故障原因分析及處理

楊懷軍

(大連機(jī)車車輛有限公司信息管理部 遼寧 大連 116022)

1 異常現(xiàn)象

某型機(jī)車運(yùn)用中出現(xiàn)機(jī)車單元制動器實(shí)施行車制動后緩解不正常的情況，具體現(xiàn)象為實(shí)施緩解后閘瓦托不能正常退回到緩解位置。外觀檢查時發(fā)現(xiàn)單元制動器外部沾滿了泥巴，尤其在加強(qiáng)型支架的下方，閘瓦托、懸掛連桿和加強(qiáng)型支架的運(yùn)動空間更是塞滿了樹枝和泥巴(見圖1)，用于密封的橡膠防塵套發(fā)生了破損(見圖2)。

圖1 外觀檢查圖2 橡膠防塵套破損

此外，V形體與調(diào)整螺桿的頭部本應(yīng)貼合在一起(見圖3)，但在異常單元制動器上卻完全脫離。V形體翻轉(zhuǎn)90°，完全失去了限制調(diào)整螺桿旋轉(zhuǎn)的功能。進(jìn)一步拆解發(fā)現(xiàn)，失去防塵套密封的單元制動器箱體內(nèi)部存在大量泥、水等異物，零件嚴(yán)重銹蝕(見圖4)，軸承完全銹死無法轉(zhuǎn)動。連接懸掛連桿和加強(qiáng)型支架的支架銷軸也發(fā)生了嚴(yán)重銹蝕，造成懸掛連桿和加強(qiáng)型支架相對轉(zhuǎn)動困難。

(a)正常狀態(tài) (b)翻轉(zhuǎn)狀態(tài)圖3 V形體狀態(tài)

圖4 零件銹蝕

2 原因分析

2.1 外部污物對緩解功能的影響

閘瓦托、懸掛連桿與加強(qiáng)型支架運(yùn)動空間中的樹枝和泥巴，使機(jī)構(gòu)在運(yùn)動中出現(xiàn)干涉。樹枝、泥巴占用了零件在正常緩解狀態(tài)的位置，直接導(dǎo)致了緩解不正常。

2.2 零件銹蝕對緩解功能的影響

2.2.1V形體

單元制動器零件的銹蝕，會造成摩擦阻力異常增大，緩解不正常等情況。

單元制動器箱體內(nèi)軸承等零件的銹蝕是防塵套破損后失去密封的單元制動器箱體內(nèi)部泥、水大量進(jìn)入導(dǎo)致的。經(jīng)檢查確認(rèn)破損的防塵套無老化開裂現(xiàn)象，并且橡膠彈性良好，破口較為整齊，符合外力導(dǎo)致破損的特征。造成其破損的可能原因如下：

(1)防塵套存在被線路環(huán)境中的樹枝等尖銳物體劃傷的可能性；

(2)V形體與調(diào)整螺桿的頭部意外脫開，更換閘瓦時會導(dǎo)致防塵套扭轉(zhuǎn)撕裂。

如圖5所示，橡膠材質(zhì)的防塵套在1、2兩處用喉箍與箱體和調(diào)整螺桿聯(lián)接。正常情況下，調(diào)整螺桿的頭部與V形體的接觸面在復(fù)位彈簧的作用下始終是緊貼在一起的(見圖6上圖)，調(diào)整螺桿不能相對箱體發(fā)生旋轉(zhuǎn)。

圖5 防塵套安裝情況

如調(diào)整螺桿的頭部與V形體的接觸面意外脫開，V形體在重力作用下將發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)(見圖7虛線位置)，V形體就失去了對調(diào)整螺桿的約束作用。當(dāng)更換閘瓦的時候，需要旋轉(zhuǎn)調(diào)整后蓋(見圖6下圖)使調(diào)整螺桿縮入箱體。此時失去了V形體定位作用的調(diào)整螺桿會帶著防塵套一同旋轉(zhuǎn)，這樣兩端分別固定在箱體和調(diào)整螺桿上的防塵套自身就會發(fā)生嚴(yán)重的扭轉(zhuǎn)，更換閘瓦時不是防塵套一端被從固定用的喉箍中強(qiáng)行拉出，就是防塵套自身被扭轉(zhuǎn)發(fā)生撕裂，兩個結(jié)果都會造成密封失效，導(dǎo)致外部的泥、水等污物進(jìn)入。

圖6 V形體安裝情況

圖7 V形體旋轉(zhuǎn)狀態(tài)

導(dǎo)致V形體與調(diào)整螺桿意外脫開的可能原因有2個。一是閘瓦托、懸掛連桿與加強(qiáng)型支架運(yùn)動空間中的樹枝和泥巴的阻滯作用使閘瓦托無法帶著V形體回退到緩解位置；而箱體內(nèi)的調(diào)整螺桿則不受外部污物的影響，在內(nèi)部緩解彈簧的作用下順利回到緩解位置，造成調(diào)整螺桿的頭部與V形體的接觸面脫開。二是前面發(fā)現(xiàn)的支架銷軸銹蝕，會使懸掛連桿和加強(qiáng)型支架相對轉(zhuǎn)動困難，進(jìn)而造成閘瓦托無法帶著V形體順利回退到緩解位置，導(dǎo)致調(diào)整螺桿的頭部與V形體的接觸面脫開。同時其帶來的附加摩擦阻力還會直接導(dǎo)致緩解不正常。

2.2.2支架銷軸

對支架銷軸表面進(jìn)行了鍍鋅處理，并涂有潤滑脂，具有防銹能力。襯套上設(shè)計(jì)有油槽，用來儲存潤滑脂，這樣支架銷軸與襯套的配合處在運(yùn)用中可以得到持續(xù)的潤滑脂補(bǔ)充，保障長期的潤滑效果。該結(jié)構(gòu)被廣泛使用，以往并未出現(xiàn)銹蝕導(dǎo)致轉(zhuǎn)動不靈的情況，而如圖8所示，在該項(xiàng)目上有的單元制動器僅僅使用了2個月，支架銷軸與襯套配合間隙中的潤滑脂就完全消失了，因儲存有潤滑脂而最不應(yīng)發(fā)生銹蝕的油槽附近反而產(chǎn)生了最嚴(yán)重的銹蝕，銹蝕呈明顯的帶狀。

圖8 支架銷軸銹蝕情況

據(jù)了解，機(jī)車用戶鐵路線路部分地勢低洼，下雨時時常積水，機(jī)車車輪有時部分浸在水中。單元制動器在轉(zhuǎn)向架上安裝位置相對較低，支架銷軸又位于單元制動器的最下方。這樣機(jī)車運(yùn)行時如線路上有水，單元制動器的支架銷軸有較大的機(jī)會浸到水中。由于機(jī)車具有一定速度，水流的沖刷作用也會相當(dāng)明顯。單元制動器并非防水設(shè)計(jì)，在水流的沖刷作用下潤滑脂會變稀并減少，支架銷軸等金屬零件也會被完全打濕。同時流水帶來的污泥大量粘在單元制動器表面，含住了水分，使失去了油脂潤滑的支架銷軸部位在離開浸水路段后也無法快速風(fēng)干，而是長時間處于潮濕的狀態(tài)中，最終導(dǎo)致了銹蝕的發(fā)生。

綜上所述，單元制動器的不緩解故障是外部污物和零件銹蝕導(dǎo)致的。外部污物造成機(jī)構(gòu)在運(yùn)動中出現(xiàn)干涉，并可能劃傷防塵套進(jìn)而導(dǎo)致失去密封的單元制動器箱體內(nèi)部泥、水大量進(jìn)入。零件銹蝕則會造成摩擦阻力異常增大，機(jī)構(gòu)運(yùn)動不靈出現(xiàn)卡滯。

3 改進(jìn)措施

為保障機(jī)車的可靠運(yùn)行，必須對單元制動器做出適應(yīng)性改進(jìn)，以適應(yīng)客戶現(xiàn)有的運(yùn)用條件。對此，采取了如下措施：

(1)在維護(hù)保養(yǎng)手冊中要求用戶對單元制動器上的污物定期清理，尤其要關(guān)注閘瓦托、懸掛連桿與加強(qiáng)型支架運(yùn)動空間的位置。

(2)設(shè)計(jì)、更換新的V形體(見圖9)。新V形體在原設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上加長，其與閘瓦托的間隙變小。改動后V形體最多能轉(zhuǎn)約16°，無法再發(fā)生90°旋轉(zhuǎn)，加強(qiáng)了對調(diào)整螺桿的定位作用。這樣即使由于污物和銹蝕的影響閘瓦托無法帶著V形體完全回退到緩解位置，V形體也對調(diào)整螺桿的轉(zhuǎn)動有更大的限制能力，可以在一定程度上減少防塵套扭轉(zhuǎn)破裂的幾率。

圖9 新V形體

(3)改進(jìn)與支架銷軸配合的襯套結(jié)構(gòu)。通過反復(fù)研究，將懸掛連桿襯套的材料由球墨鑄鐵更換為銅合金(QSn10-1)，并在襯套兩端挖槽，加裝 O形密封圈(見圖10)。支架銷軸材料為42CrMo,銅合金襯套相對原來使用的球墨鑄鐵襯套與支架銷軸有更小的材料親合性，且銅合金具有自潤滑性，在潮濕環(huán)境下支架銷軸與襯套之間更不容易銹死。通過加裝O形密封圈可以將支架銷軸與襯套之間的配合面密封起來，阻止水的進(jìn)入，防止銹蝕的發(fā)生。

(a)原結(jié)構(gòu) (b)改進(jìn)后結(jié)構(gòu)圖10 襯套結(jié)構(gòu)改進(jìn)

為驗(yàn)證方案的有效性，預(yù)先對該方案進(jìn)行靜態(tài)試驗(yàn)，不斷用加鹽的水和泥土覆蓋、浸泡支架銷軸與襯套配合的位置。持續(xù)1個月，支架外表面已經(jīng)有了銹蝕現(xiàn)象，但支架銷軸與襯套配合的一段(見圖11中箭頭所示位置)仍未發(fā)生任何銹蝕，襯套油槽內(nèi)的油脂也狀況良好，運(yùn)動件轉(zhuǎn)動靈活。

圖11 襯套結(jié)構(gòu)改進(jìn)后試驗(yàn)樣件

4 實(shí)施效果

按照上述方案先對1臺機(jī)車進(jìn)行了改進(jìn)，運(yùn)行1年未再出現(xiàn)類似問題。改進(jìn)效果得到了用戶的認(rèn)可，目前已經(jīng)完成全部機(jī)車的改進(jìn)。單元制動器實(shí)施行車制動后緩解不正常的故障得到了徹底解決，為機(jī)車的可靠運(yùn)行提供了有力保障。同時也為今后如何更好地適應(yīng)用戶的特殊需求積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。